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Intelligente Schraubverbindung

Sehen, wenn die Schraube locker ist

Das Forschungszentrum IoT-COMMs hat eine intelligente Schraubverbindung entwickelt, die eine drahtlose, energieautarke Überwachung ermöglicht. Ziel ist es, eine energieautarke Überwachung von Strukturen wie z.B. Brücken, Gerüsten, Windkraftanlagen in einem permanenten Langzeit-Monitoring zu realisieren.

Bild: Fraunhofer IIS

Bild: Fraunhofer IIS


Schrauben können sich trotz ausreichender Vorspannkraft selbstständig lockern. Bei tragenden Elementen, die starken mechanischen oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, kann ein sicherer Betrieb dann nicht mehr garantiert werden. Das kann beispielsweise bei Brücken, Gerüsten oder Fahrgeschäften fatale Folgen haben. Mit der im Forschungszentrum IoT-COMMs entwickelten intelligenten Schraubverbindung könnte dem vorgebeugt werden. Sie soll auch schwer zugängliche Stellen und Bereiche permanent überwachen.

Sensor meldet lockere Schrauben

Mit dem auf der DiaForce-Schicht des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST basierenden Dünnschichtsensorsystem kann die Anzugskraft der Schraubverbindung und die Temperatur am Montageort ermittelt werden. Die Sensorstrukturen messen Druckeinwirkungen und Temperaturveränderungen, indem sie ihren elektrischen Widerstand ändern. Durch eine Druckveränderung kann festgestellt werden, ob sich die Schraube gelöst hat.

Mithilfe der drahtlosen Übertragungstechnologie Mioty des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS werden vom Sensorsystem regelmäßig Messwerte an eine Cloud-gebundene Kontrollinstanz übertragen – auch über mehrere Kilometer. Zudem werden die Schrauben vor dem Montieren in der manipulationssicheren Programmiereinheit ‘FunkeyBox‘ des Fraunhofer-Instituts für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC konfiguriert und bekommen einen eigenen Schlüssel. Dadurch sind die Sensordaten bei der Übertragung an die Basisstation bzw. das Backend verschlüsselt und damit vor Angriffen geschützt.

Autarke Energieversorgung

Durch die Energy-Harvesting-Technologie des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen IIS kommt die Schraubverbindung ohne externe Energieversorgung aus. In der Schraubverbindung befindet sich ein Thermogenerator, der bei kleinsten Wärmeeinwirkungen über das Schraubgewinde elektrische Energie erzeugt und so den Sensor energieautark betreibt. Alternativ können Sensor und Funk durch eine Solarzelle oder Batterie betrieben werden.


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